大林算法课程设计报告.doc

微型计算机控制技术

课程设计汇报

班级:自动化901

A

B

C

一、课题名称

大林算法控制系统设计

二、课程设计目

课程设计是课程教学中一项关键内容,是达成教学目标关键步骤,是综合性较强实践教学步骤,它对帮助学生全方面牢靠地掌握课堂教学内容、培养学生实践和实际动手能力、提升学生全方面素质含有很关键意义。

《计算机控制技术》是一门理论性、实用性和实践性都很强课程,课程设计步骤应占有愈加关键地位。计算机控制技术课程设计是一个综合利用知识过程,它需要控制理论、程序设计、硬件电路设计等方面知识融合。经过课程设计,加深对学生控制算法设计认识,学会控制算法实际应用,使学生从整体上了解计算机控制系统实际组成,掌握计算机控制系统整体设计方法和设计步骤,编程调试,为从事计算机控制系统理论设计和系统调试工作打下基础。

三、课程设计内容

已知被控对象传输函数为:

采样周期为T=0.5s,用大林算法设计数字控制器D(z),并分析是否会产生振铃现象。

四、课程设计要求

1、用大林算法设计数字控制器D(z);

2、在Simulink仿真环境画出仿真框图及得出仿真结果,画出数字控制;

3、绘制并分析数字控制器振铃现象;

4、对振铃现象进行消除;

5、得出仿真结果并进行仿真分析;

6、程序清单及简明说明;

7、成设计说明书（列出参考文件,以及仿真结果及分析）。

五、大林算法控制系统方案设计

在控制系统应用中,纯滞后步骤往往是影响系统动态特征不利原因。工业过程中如钢铁,热工和化工过程中往往会有纯滞后步骤。对这类系统,控制器假如设计不妥,常常会引发系统超调和连续振荡。

因为纯延迟存在,使被控量对干扰、控制信号不能即时反应。即使调整机构接收控制信号后立刻动作,也要经过纯延时间t后才抵达被控量,使得系统产生较大超调量和较长调整时间。当t=0.5T（T为对象时间常数）时,实践证实用PID控制极难取得良好控制品质。

对这类含有纯滞后步骤系统控制要求,快速性往往是次要,通常要求系统稳定,要求系统超调量要小,而调整时间许可在较多采样周期内结束。

这么一个大时间滞后系统采取PID控制或采取最少拍控制,控制效果往往不好。本节介绍能满足上述要求一个直接数字控制器设计方法

——达林(Dahlin)算法

达林算法设计思想:设计一个适宜数字控制器,使整个闭环系统相当于一个延迟步骤和一个一阶惯性步骤相串联。并期望整个闭环系统纯滞后时间与被控对象纯滞后时间相同。即系统闭环传输函数可设为

式中:Tt为闭环系统时间常数,实际使用时需要整定;t为纯滞后时间,与被控对象相同,而且与采样周期T有整数倍关系t=NT(N=1,2,…)。若t与采样周期T不成整数倍关系,可采取修正Z变换法进行处理

一阶被控对象达林算法

已知被控对象为则数字控制器算式为

采取达林算法设计含有纯延迟过程计算机控制系统时,会出现所谓振铃现象:闭环系统输出以指数形式较快地趋向于稳态值,而数字控制器输出以二分之一采样频率大幅度衰减振荡。

振铃现象会增加实施机构大幅度摆动,加剧了磨损.不过对系输出没有影响。振铃现象还有可影响到系统稳定性。振铃现象与被控对象特征、闭环时间常数、采样周期、纯滞后时间等原因相关。下面分析之。

系统输出Y(z)为:

上式表示了数字控制器输出与系统输入信号之间关系。是分析振铃现象基础。

对于单位阶跃输入函数R(z)=1/(1-z-1),含有z=1极点;假如Fu(z)在z平面负实轴上有极点,即被控对象Gp(z)含有负实轴上零点,且与z=-1点相近,则数字控制器输出序列u(k)中将含有这两种幅值相近瞬态项,而且这两个瞬态项符号在不一样时刻是不一样。当两瞬态项符号相同时,数字控制器控制作用加强;符号相反时,控制作用减弱,从而造成数字控制器输出序列u(k)幅值以2T为周期大幅度波动,这便是振铃现象。

对于带纯滞后步骤一阶惯性步骤,极点z永远大于零,故能够得出以下结论:在纯滞后一阶惯性步骤促组成系统中,数字控制器输出对输入脉冲传输函数不存在负实轴上面极点,这种系统不存在振铃现象。

振铃消除方法

【方法一】找出数字控制器D(z)中引发振铃现象因子(即z=-1周围极点),